内容简介

《水工设计手册:基础理论(第1卷)(第2版)》由刘志明，王德信，汪德爟主编，中国水利水电出版社出版。《水工设计手册:基础理论(第1卷)(第2版)》以科学发展观为统领，按照可持续发展治水思路要求，在继承前版成果中开拓创新，全面总结了现代水工设计的理论和实践经验，系统介绍了现代水工设计的新理念、新材料、新方法，有效协调了水利工程和水电工程设计标准，充分反映了当前国内外水工设计领域的重要科研成果。特别是增加了计算机技术在现代水工设计方法中应用等卷章，充实了在现代水工设计中必须关注的生态、环保、移民、安全监测等内容，使手册结构更趋合理，内容更加完整，更切合实际需要，充分体现了科学性、时代性、针对性和实用性。

图书目录

水利水电建设的宝典——《水工设计手册》（第2版）序 序 第2版前言 第1版前言 第1章工程数学 1.1初等数学 1.1.1初等代数 1.1.1.1解析式 1.1.1.2一元代数方程求根（以下方程均为实系数） 1.1.1.3不等式 1.1.1.4排列组合 1.1.1.5数列与简单级数 1.1.2初等几何 1.1.2.1三角形 1.1.2.2多边形 1.1.2.3圆 1.1.2.4旋转体 1.1.2.5多面体 1.1.2.6部分圆柱体 1.1.3三角 1.1.3.1弧度和度的关系 1.1.3.2三角函数关系 1.1.3.3常用公式 1.1.3.4边角关系及其解法 1.1.4初等函数 1.1.4.1几类有特殊性质的函数 1.1.4.2基本初等函数 1.1.4.3初等函数 1.1.4.4双曲函数 1.2解析几何 1.2.1坐标系 1.2.1.1二维坐标系 1.2.1_2三维坐标系 1.2.2平面解析几何 1.2.2.1几项基本计算 1.2.2.2直线 1.2.2.3二次曲线 1.2.2.4直线和二次曲线的极坐标方程与参数方程 1.2.3空间解析几何 1.2.3.1几项基本计算 1.2.3.2直线与平面 1.2.3.3二次曲面 1.3微积分 1.3.1微分法 1.3.1.1极限与连续 1.3.1.2微分的定义 1.3.1.3导数与微分的运算法则 1.3.1.4导数与微分的基本公式 1.3.1.5高阶导数 1.3.1.6多元函数的求导 1.3.1.7中值定理及其应用 1.3.2积分法 1.3.2.1不定积分运算法则 1.3.2.2不定积分基本公式 1.3.2.3定积分的计算 1.3.2.4重积分的计算 1.3.2.5曲线积分与曲面积分的计算 1.3.2.6广义积分 1.3.2.7各种积分之间的关系 1.3.2.8积分的应用 1.3.3无穷级数 1.3.3.1幂级数的运算 1.3.3.2泰勒级数、马克劳林级数 1.3.3.3傅里叶（Fourier）级数 1.3.3.4常用函数的级数展开式 1.3.3.5近似计算公式 1.3.4矢量分析和场论 1.3.4.1矢量代数 1.3.4.2矢量的微分与积分 1.3.4.3场论 1.3.5曲线与曲面 1.3.5.1曲线 1.3.5.2曲面 1.4微分方程 1.4.1常微分方程 1.4.1.1一阶常微分方程 1.4.1.2变系数二阶线性方程及二阶特殊型 1.4.1.3常系数线性微分方程 1.4.1.4常系数线性微分方程应用示例 1.4.1.5常系数线性微分方程组 1.4.1.6拉普拉斯变换及其在解微分方程中的应用 1.4.1.7格林（Green）函数 1.4.1.8常微分方程的稳定性 1.4.2特殊函数 1.4.2.1由积分定义的特殊函数 1.4.2.2勒让德函数 1.4.2.3贝塞尔函数 1.4.3偏微分方程 1.4.3.1数学物理方程及其分类 1.4.3.2数学物理方程的解法 1.4.3.3一些数学物理方程的解 1.5线性代数 1.5.1矩阵和行列式基本知识 1.5.1.1基本定义 1.5.1.2基本运算 1.5.2线性变换与矩阵 1.5.2.1相似变换 15.2.2正交变换 1.5.2.3旋转变换 1.5.3解线性代数方程组 1.5.3.1线性方程组的可解性 1.5.3.2用行列式解线性方程组 1.5.3.3用矩阵解线性方程组 1.5.4矩阵特征值和特征向量 1.5.4.1定义 1.5.4.2性质 1.6概率论 1.6.1事件与概率 1.6.2常用的分布及其数字特征 1.6.3极限定理 1.6.4马尔可夫链 1.7数理统计 1.7.1常用的统计量及其分布 1.7.1.1总体与样本 1.7.1.2数理统计中的三大分布 1.7.1.3常用的统计量 1.7.1.4正态总体的样本均值与样本方差的分布 1.7.2参数估计 1.7.2.1点估计 1.7.2.2估计量的评价标准 1.7.2.3置信区间 1.7.2.4正态总体参数的置信区间 1.7.3假设检验 1.7.3.1假设检验的基本概念及步骤 1.7.3.2正态总体参数的假设检验 1.7.3.3非参数假设检验的X2——拟合检验法 1.7.4方差分析 1.7.4.1单因素方差分析 1.7.4.2双因素方差分析 1.7.5回归分析 1.7.5.1一元线性回归 1.7.5.2多元线性回归 1.7.5.3回归的检验 1.7.6正交试验设计 1.7.6.1正交表与正交试验 1.7.6.2正交表的交互列 1.7.6.3正交表的正交性 1.7.6.4试验方案的制定步骤与安排方法 1.7.6.5正交表的直观分析 1.7.6.6正交表的方差分析 1.7.7抽样检验方法 1.7.7.1抽样检验的第一类错误和第二类错误 1.7.7.2单式抽样检验 1.7.7.3复式记件抽样检验 1.7.7.4序贯记件抽样检验 1.7.8主成分分析 1.7.8.1主成分的一般定义 1.7.8.2主成分的性质 1.7.8.3主成分数目的选取 1.7.9可靠性分析 1.7.9.1衡量可靠性的主要数量指标 1.7.9.2常用寿命分布及其可靠性指标 1.7.9.3典型不可修复系统的可靠性 1.7.9.4寿命数据分析 1.8数值分析 1.8.1数值计算的误差 1.8.1.1误差的来源与分类 1.8.1.2误差和有效数字 1.8.1.3数值运算原则 1.8.2插值 1.8.2.1拉格朗日插值多项式 1.8.2.2牛顿插值多项式 1.8.2.3带导数条件的埃尔米特插值多项式 1.8.2.4分段低次插值 1.8.2.5三次样条插值 1.8.3逼近与曲线拟合 1.8.3.1函数的最佳平方逼近 1.8.3.2离散数据曲线拟合 1.8.4线性代数方程组数值解法 1.8.4.1线性代数方程组的直接解法 1.8.4.2线性代数方程组的迭代解法 118.5矩阵特征值计算 1.8.5.1幂法及反幂法 1.8.5.2雅可比法 1.8.6非线性方程（组）的解法 1.8.6.1二分法 1.8.6.2简单迭代法 1.8.6.3迭代法加速收敛技术 1.8.6.4牛顿迭代法 1.8.6.5牛顿下山法 1.8.6.6弦截法 1.8.6.7非线性方程组的牛顿迭代法 1.8.7数值微分 1.8.7.1差商公式 1.8.7.2插值型微分公式 1.8.7.3样条求导 1.8.8数值积分 1.8.8.1牛顿—柯特斯（Newton—Cotes）求积公式 1.8.8.2复化求积公式 1.8.8.3高斯求积公式 1.8.8.4重积分 1.8.9常微分方程数值解 1.8.9.1初值问题数值方法 1.8.9.2刚性微分方程及其数值解法 1.8.10几种典型的数学物理方程的差分解法 1.8.10.1抛物型方程的有限差分法 1.8.10.2双曲型方程的有限差分法 1.8.10.3椭圆型方程的有限差分法 1.9有限分析法 1.9.1有限分析法基本思想 1.9.2数值网格生成方法 1.9.2.1贴体坐标系的基本概念 1.9.2.2代数变换法 1.9.2.3拉普拉斯方程法 1.9.2.4泊松方程法 1.9.3控制方程的转换及离散化 1.9.4边界条件的转换 1.9.5拉普拉斯方程的有限分析法 1.9.5.1控制方程及边界条件 1.9.5.2有限分析代数方程 1.10有限体积法 1.10.1无结构网格生成和控制元 1.10.1.1无结构Delaunay三角形网格 1.10.1.2控制元 1.10.2双曲守恒型控制方程离散方式 1.10.3单元边界两边物理量的重构方法 1.10.4数值通量的构造 1.10.5限制器 1.11有限元基本方法 1.11.1变分方法 1.11.1.1与边值问题等价的变分问题 1.11.1.2Ritz方法 1.11.1.3伽辽金方法 1.11.2常微分方程边值问题的有限元方法 1.11.3椭圆型方程边值问题的有限元方法 1.11.3.1区域剖分 1.11.3.2椭圆型方程边值问题的计算 1.11.3.3强加边界条件的处理 1.11.4抛物型方程边值问题的有限元方法 1.11.5 双曲型方程边值问题的有限元方法 1.12最优化方法 1.12.1基本概念 1.12.1.1极值问题 1.12.1.2极值点存在的条件 1.12.2线性规划 1.12.2.1数学模型 1.12.2.2基本理论 1.12.2.3单纯形方法 1.12.2.4人工变量处理与两阶段方法 1.12.2.5对偶理论及对偶单纯形方法 1.12.3整数规划 1.12.3.1概念和结论 1.12.3.2解法 1.12.4无约束非线性规划 1.12.4.1下降算法 1.12.4.2一维搜索法 1.12.4.3几种常用的无约束非线性规划 1.12.5约束非线性规划 1.12.5.1非线性规划的数学模型 1.12.5.2制约函数方法 1.12.6动态规划 1.12.6.1基本概念 1.12.6.2最优性原理和泛函方程 1.12.6.3动态规划问题举例 1.12.7多目标规划 1.12.7.1基本概念 1.12.7.2处理多目标规划的一些方法 1.12.8遗传算法 1.12.8.1基本思想 1.12.8.2基本概念 1.12.8.3分类与适用范围 1.12.8.4简单遗传算法步骤及实例 1.12.8.5实数编码加速遗传算法步骤 1.13人工神经网络 1.13.1人工神经网络理论基础 1.13.1.1生物神经元与人工神经元 1.13.1.2生物神经网络与人工神经网络 1.13.2多阶层人工神经网络与误差逆传播算法 1.13.3Hopfield神经网络 1.13.3.1离散型Hopfield网络 1.13.3.2连续时间型Hopfield网络 参考文献 第2章工程力学 2.1直杆变形的基本形式 2.1.1平面图形的几何性质 2.1.2拉伸与压缩 2.1.2.1轴力 2.1.2.2应力公式和变形公式 2.1.3剪切 2.1.4扭转 2.1.4.1圆截面杆的扭转 2.1.4.2矩形截面杆的扭转 2.1.4.3簿壁杆的纯扭转 2.1.5平面弯曲 2.1.5.1弯曲内力——剪力与弯矩 2.1.5.2弯曲正应力 2.1.5.3弯曲切应力 2.1.5.4开口薄壁杆截面的弯曲中心 2.1.5.5弯曲变形——转角与挠度 2.1.6直杆的组合变形 2.1.6.1偏心压缩（拉伸） 2.1.6.2截面核心 2.1.7平面应力状态 2.1.7.1斜截面上的应力 2.1.7.2应力圆 2.1_7.3主平面和主应力 2.1.8强度理论 2.2杆件结构的位移计算 2.2.1计算公式 2.2.1.1荷载作用下的位移计算公式 2.2.1.2温度变化引起位移的计算公式 2.2.1.3支座移动引起位移的计算公式 2.2.2虚拟平衡状态的建立 2.2.3图乘法 2.3杆件结构的内力分析 2.3.1悬索 2.3.1.1荷载沿水平跨度均匀分布的悬索（抛物线） 2.3.1.2荷载沿索长均匀分布的悬索（悬链线） 2.3.2静定桁架 2.3.2.1六节间折线形屋架 2.3.2.2梯形屋架 2.3.2.3平行弦杆桁架 2.3.2.4下撑式桁架 2.3.3超静定结构 2.3.3.1力法 2.3.3.2位移法 2.3.3.3力矩分配法 2.3.3.4矩阵位移法 2.3.4变截面杆件结构 2.3.4.1杆端内力与杆端位移及荷载关系式 2.3.4.2固端弯矩 2.3.5粗短杆件结构 2.3.5.1计算公式 2.3.5.2形常数及载常数 2.3.6刚架 2.3.6.1等截面刚架计算公式 2.3.6.2下端固定的变截面柱∏形 刚架弯矩及反力计算 2.3.7拱 2.3.7.1拱轴线方程及几何数据 2.3.7.2截面变化假设 2.3.7.3三铰拱 2.3.7.4两铰拱 2.3.7.5无铰拱 2.4影响线 2.4.1静定结构的影响线 2.4.1.1静力法 2.4.1.2机动法 2.4.2连续梁的影响线 2.4.2.1刚性支座连续梁 2.4.2.2弹性支座连续梁 2.4.3影响量的计算及最不利荷载位置 2.4.3.1影响量的计算 2.4.3.2最不利荷载位置 2.4.3.3换算荷载 2.5杆件结构的弹性稳定 2.5.1临界荷载及临界参变数 2.5.2确定临界荷载的基本方法 2.5.2.1静力法 2.5.2.2能量法 2.5.3圆环与圆拱的临界荷载 2.5.3.1圆环 2.5.3.2圆拱 2.5.3.3抛物线拱 2.5.4梁的临界荷载 2.5.4.1纯弯梁的临界荷载 2.5.4.2偏心受压构件的临界荷载 2.5.4.3矩形截面梁的横向临界荷载 2.5.4.4I形梁的临界荷载 2.5.5平面刚架的稳定性 2.5.5.1稳定方程 2.5.5.2形函数图表 2.6结构动力计算与结构振动控制 2.6.1动力荷载和弹性体系的动力自由度 2.6.1.1集中质量模型和有限元模型 2.6.1.2质量矩阵和阻尼矩阵 2.6.2单自由度体系 2.6.2.1运动微分方程 2.6.2.2自由振动（固有振动） 2.6.2.3受迫振动 2.6.3多自由度体系 2.6.3.1运动微分方程 2.6.3.2自由振动 2.6.3.3无阻尼受迫振动 2.6.3.4有阻尼受迫振动 2.6.4非线性系统的动力分析 2.6.4.1线性加速度法 2.6.4.2Wilson—θ法 2.6.4.3Newmark方法 2.6.5结构抗震分析 2.6.5.1单自由度体系的地震响应 2.6.5.2多自由度体系的地震响应 2.6.6结构振动主动控制 2.6.6.1极点配置法 2.6.6.2线性二次型最优控制法 2.6.6.3能量控制法 2.6.6.4预测控制法 2.6.6.5含分数阶的PID控制法 2.6.6.6鲁棒控制法 2.7平面问题 2.7.1基本理论 2.7.1.1两类平面问题 2.7.1.2基本方程及边界条件 2.7.1.3按位移求解 2.7.1.4按应力求解 2.7.1.5在极坐标中的方程形式 2.7.2实用解答 2.7.2.1简支梁受匀布荷载 2.7.2.2圆环或厚壁圆筒受内外均匀压力 2.7.2.3圆孔口附近的应力 2.7.2.4楔形体解答 2.7.2.5半平面体解答 2.7.3温度应力的平面问题 2.7.3.1热传导理论 2.7.3.2热弹性理论 2.7.3.3圆环和圆筒的轴对称温度应力 2.8空间问题 2.8.1基本方程及边界条件 2.8.1.1平衡微分方程 2.8.1.2几何方程 2.8.1.3物理方程 2.8.1.4边界条件 2.8.1.5空间轴对称问题 2.8.2按位移求解 2.8.2.1一般空间问题 2.8.2.2空间轴对称问题 2.8.3实用解答 2.8.3.1半空间体受重力及均布压力 2.8.3.2半空间体在边界上受法向集中力FP（见图2.8—2） 2.8.3.3半空间体在边界上受切向集中力FP（见图2.8—3） 2.8.3.4空心圆球受均布压力 2.8.4一点的应力状态 2.9薄板的计算 2.9.1薄板的小挠度弯曲理论 2.9.2矩形薄板的基本解答 2.9.2.1四边简支矩形薄板 2.9.2.2两对边简支矩形薄板 2.9.3圆形薄板的弯曲 2.9.3.1圆形薄板的弯曲 2.9.3.2圆板的轴对称弯曲 2.9.4矩形薄板计算用表 2.9.4.1均布荷载作用下的弯矩计算表 2.9.4.2局部均布荷载作用下的弯矩计算表 2.9.4.3三角形荷载作用下的弯矩计算表 2.9.5圆形薄板和环形薄板的解答 2.9.5.1计算公式 2.9.5.2计算用表 2.10基础梁的计算 2.10.1链杆法 2.10.1.1计算原理 2.10.1.2半无限大弹性体假定下的平面问题 2.10.1.3半无限大弹性体假定下的空间问题 2.10.1.4文克勒假定下的基础梁 2.10.2查表计算法 2.10.2.1半无限大弹性体假定下查表用的参数 2.10.2.2文克勒假定下查表用的参数 2.10.2.3查表方法说明 2.11有限单元法 2.11.1有限单元法的概念 2.11.1.1有限单元法的分析过程 2.11.1.2按变分原理建立有限元支配方程 2.11.2平面三角形单元和空间四面体单元 2.11.2.1自然坐标系 2.11.2.2三角形单元 2.11.2.3矩形单元 2.11.2.4四面体单元 2.11.3等参数单元 2.11.3.1等参单元的概念 2.11.3.2等参单元的形函数 2.11.4等参单元的有关计算公式 2.11.5杆件单元 2.11.5.1局部坐标系中的公式 2.11.5.2整体坐标系中的公式 2.11.5.3计算步骤 2.11.6薄板单元 2.11.6.1板的总势能 2.11.6.2矩形薄板单元的位移模式 2.11.6.3矩形薄板单元的刚度矩阵与荷载列阵 2.11.6.4单元等效节点荷载 2.11.7温度场与温度应力 2.11.7.1稳定温度场 2.11.7.2瞬态温度场 2.11.7.3温度应力 2.11.8有限单元法在水工结构分析中的应用 2.11.8.1结构离散化的注意事项 2.11.8.2应力成果的整理和表示 2.11.8.3计算精度的估计 2.12结构优化设计 2.12.1概述 2.12.1.1设计变量 2.12.1.2目标函数 2.12.1.3约束条件 2.12.1.4优化设计的数学模型 2.12.1.5其他基本概念 2.12.1.6最优化方法 2.12.1.7最优算法分类 2.12.1.8智能最优化方法 2.12.2结构优化设计工程应用 参考文献 …… 第3章 水力学 第4章 土力学 第5章 岩石力学 第6章 计算机应用技术